Согласно аналитическому докладу Мейерса, ученые из Университета Райса и Токийского столичного университета в Японии наблюдали новый квантовый эффект в пленке углеродных нанотрубок. Этот квантовый эффект может способствовать уникальному лазеру. И другие оптоэлектронные устройства R & D.
Исследовательская группа «Райс-Токио» сообщила, что, используя однослойные углеродные нанотрубки в качестве плазмонных полей квантования, способность управлять светом в квантовой шкале достигла значительного прогресса.
Это явление было открыто физиком Дзюнъитиро Коно в лаборатории Университета Райса в Соединенных Штатах. Это может быть ключевой технологией для разработки наноиндуцированных ближне-инфракрасных лазеров и других оптоэлектронных устройств. Длина волны непрерывного луча, излучаемого нано-инфракрасным лазером, слишком коротка для Нынешний уровень технологии пока не может быть достигнут.
Nature Communications публикует подробное описание этого нового исследования.
Команда Kono нашла этот метод «очень плотно уложенных углеродных нанотрубок в пластинчатых пленках», которые могут достичь экспериментов, которые трудно достичь в одиночных или запутанных агрегатах нанотрубок. Это привлекло внимание Казухиро Янаги, физика Токийского столичного университета. Янаги специализируется на конденсированной физике в наноматериалах. Обе стороны начали совместные исследования.
Коно представил проект сотрудничества и сказал: «В этом исследовании Янаги предоставил« технологию стробирования »(эта технология может контролировать плотность электронов в пленке нанотрубок). Мы предоставили технологию выравнивания CNT. Это первый раз, когда мы изготовили такую крупнопластинчатую углеродную нанотрубку с «закрытыми воротами», которая позволяет вводить и вынимать большое количество свободных электронов.
Янаги добавил: «Технология управления воротами очень полезна, но углеродные нанотрубки в мембранах, которые я использовал раньше, расположены случайным образом. Эта ситуация очень расстраивает, потому что я не могу точно знать нанотрубки в этом типе пленки. Одномерный характер этого, и это на самом деле очень важно. Фильм, предоставленный командой Kono, очень изумительный, потому что эти фильмы могут наконец помочь мне решить эту проблему.
Эти две команды объединили методы для достижения «инъекции электронов в нанотрубки, которые имеют ширину всего 1 нанометр, а затем возбуждают их с поляризованным светом». Ширина углеродных нанотрубок захватывает электроны в квантовых ямах, где атомы и атомы По словам аналитиков, Коно думает: «Пока существует достаточно электронов, они могут действовать как плазма».
Коно сказал: «Плазма - это своего рода коллективное колебание заряда в ограниченной структуре. Для пластины, куска пленки, ленты, частицы или сферы, если вы нарушаете эти системы (обычно используя световой пучок), эти свободные носители будут Собственные частоты совместно движутся ». И этот эффект определяется количеством электронов, размером и формой объекта.
В экспериментах в Университете Райса в Соединенных Штатах, поскольку нанотрубки настолько тонкие, энергия между квантовыми подзонками почти равна энергии плазмы. Коно думает: «Это квантовый механизм плазмона, где субполосы Этот переход известен как межподзонный плазмон (ISP). Исследователи изучили это явление в квантовых ямах искусственного полупроводника в ультра-дальнем инфракрасном диапазоне длин волн, но это исследование впервые является естественным проявлением в низкоразмерных материалах. Это явление наблюдается при условии короткой длины волны ».
Эта очень сложная «зависимость напряжения затвора», обнаруженная в реакции плазмона, является неожиданностью, как в металлических и полупроводниковых одностенных нанотрубках. Коно думает: «Изучая световые нанометры», Основываясь на основной теории взаимодействия труб, мы можем получить формулу для резонансной энергии. К нашему удивлению, эта формула очень проста: решающим является только диаметр нанотрубки.
Исследователи полагают, что это явление может способствовать развитию коммуникаций, спектроскопии, визуализации и высоконаправленных ближне-инфракрасных квантовых каскадных лазеров.
Команда Kono - это пионерская команда, которая использует регулярные массивы нанотрубок для разработки устройств. Вейлу Гао (Weilu Gao), докторант-исследователь с командой Kono, который является соавтором исследования, считает, что традиционные полупроводниковые лазеры полагаются на ширину запрещенной зоны лазерных материалов, но квантовые каскадные лазеры не Вайлу Гао сказал: «Длина волны квантового каскадного лазера не зависит от запрещенной зоны. Наш лазер относится к этому классу. Мы можем настраивать энергию резонанса плазмона только путем изменения диаметра нанотрубки без учета полосы. Проблема разрыва.
Коно также предсказывает, что подобная сетчатая, регулярно размещенная нанотрубная пленка даст физикам возможность изучить теорию жидких взаимодействий Луттингера в одномерных проводниках.
Коно считает: «Одномерное предсказание металла сильно отличается от двумерных и трехмерных металлов. Углеродные нанотрубки - один из лучших кандидатов для наблюдения за жидкостным поведением Латтингера. Исследование одиночных нанотрубок довольно сложно, но мы установили Макроскопические одномерные системы: энергия Ферми может быть отрегулирована путем легирования или стробирования. Мы даже можем превратить одномерные полупроводники в одномерные металлы, поэтому это идеальная система для изучения таких физических явлений.
Янаги, профессор конденсированной физики в Токийском столичном университете, был первым автором этой статьи. Соавторами диссертации были: Рётаро Окада и Йота Ичиноза из Токийского столичного университета Йогой Йомогида, доцента и Фумия Кацутани, аспирант из Университета Райса. Коно - профессор электроники и вычислительной техники / физики и астрономии / материаловедения и нанотехнологий.
Исследование финансировалось Японским обществом по продвижению научно-исследовательского гранта (KAKENHI), основным проектом развития науки и техники Японии, Научным фондом Ямады и Научным проектом Министерства энергетики США по энергетическим наукам, Национальным научным фондом и Фондом Роберта Уэлша. финансирование.